一、制冷剂的基本定义与分类

1. 什么是制冷剂？

制冷剂（Refrigerant）是一种在制冷系统中循环流动，依靠相变（汽化和冷凝）过程吸热和放热，从而实现热量转移的化学物质。常温下多为气态或液态，要求具备良好的热物理性能、化学稳定性、安全性和环保性。

2. 制冷剂的主要分类

按照分子结构和用途，常见制冷剂可分为以下几类：

• 氟利昂类（CFC/HCFC）：如R12、R22，已逐步淘汰；

• 氢氟碳类（HFC）：如R134a、R404a，广泛应用但温室效应较高；

• 烃类制冷剂（HC）：如R600a（异丁烷）、R290（丙烷），环保但易燃；

• 二氧化碳（CO₂）等自然工质：被认为是下一代环保制冷剂；

• 氨（R717）：工业大型制冷系统专用，不适用于实验室设备。

低温培养箱多数采用的是HFC类或HC类制冷剂，兼顾性能与环保性。

二、低温培养箱常用的制冷剂类型及其特点

1. R134a（1,1,1,2-四氟乙烷）

类别：HFC类
沸点：-26.3°C
特点：

• 不含氯，不破坏臭氧层（ODP=0）；

• 稳定性好，适用于中低温冷藏；

• 适用于大多数标准型低温培养箱（0℃至-20℃）；

• 具有中等全球变暖潜能（GWP≈1430），环保法规正在逐步限制使用；

• 安全等级A1（低毒、不燃）。

典型应用场景：通用型低温培养箱、药品冷藏柜、冷链冰箱等。

2. R404A（三元混合物：R125/R143a/R134a）

类别：HFC混合物
沸点：约-46.5°C
特点：

• 适用于更低温区（如-40℃以下）；

• 冷却能力强、温控精准；

• 热力性能优异，适用于超低温制冷（配合双级压缩）；

• GWP值高（≈3920），已列入《基加利修正案》受控物质；

• 安全等级A1。

典型应用场景：超低温培养箱、超冷冷藏柜、生物样本冷冻存储设备。

3. R600a（异丁烷）

类别：HC类天然制冷剂
沸点：-11.7°C
特点：

• 低GWP（≈3），完全不破坏臭氧层；

• 热效率高，制冷速度快；

• 用量少，系统压力低；

• 易燃（安全等级A3），需特别防火防爆设计；

• 使用寿命长，但维护需具备防静电条件。

典型应用场景：节能型家用冰箱、绿色型低温培养箱（尤其在欧洲市场使用广泛）。

4. R290（丙烷）

类别：HC类天然制冷剂
沸点：-42.1°C
特点：

• 强制冷能力，适合较宽温控区；

• 能效高，节能优势明显；

• GWP低，符合环保法规要求；

• 安全等级A3（易燃性高），设计要求严格；

• 在中国工业品认证目录中，部分实验设备已经开始使用。

典型应用场景：超节能实验冷藏设备、绿色医院冷藏系统。

5. R1234yf（四氟丙烯）

类别：HFO类新型环保制冷剂
沸点：-29.5°C
特点：

• GWP极低（≈4），几乎为零温室效应；

• 属于第四代环保制冷剂；

• 可作为R134a的环保替代品；

• 成本较高，目前应用仍处于技术推广初期；

• 安全等级A2L（轻微可燃性），设备需重新设计。

典型应用场景：高端环保型培养箱、欧洲出口实验设备。

三、制冷剂的选择依据与设备适配性分析

选择哪种制冷剂，并非一味追求环保或低温，而是一个综合评估的过程，需考虑以下几个关键因素：

1. 设备设计温度范围

• 若设备工作温度为-10℃至+8℃，R134a、R600a均适用；

• 若低于-40℃，建议采用R404a或双级制冷系统，甚至考虑CO₂复叠系统。

2. 压缩机与控制系统匹配

不同制冷剂对压缩机油品、电机材料有不同要求，如R600a压缩机需防爆认证，R404a需高压管路设计。

3. 法规政策约束

在欧盟、加拿大、日本等地区，R134a、R404a受严格限制，必须选用低GWP替代品（如R600a、R290、R1234yf）。

4. 使用环境安全性

易燃制冷剂必须在通风良好、无火源环境中使用，并配置泄漏检测器；如实验室有明火作业，不建议使用R600a。

5. 维护便利与可获得性

HFC类制冷剂如R134a市场流通广、技术成熟、维修便利；HFO类新型制冷剂技术门槛高，配件替换难度大。

四、环保法规趋势与新兴技术动向

1. 《基加利修正案》

联合国《蒙特利尔议定书》的补充协议，要求各国逐步淘汰高GWP的HFC制冷剂。中国已承诺从2024年起逐步控制HFC使用。

2. 欧盟F-Gas法规

禁止在非移动制冷设备中使用GWP>150的制冷剂，推动向R600a、R290和R1234yf等低GWP品种转型。

3. 技术趋势：CO₂复叠制冷与无氟吸附式制冷

部分高端低温设备已采用CO₂-R744系统或磁制冷、吸附制冷技术，完全不使用传统氟利昂类制冷剂，代表未来绿色实验设备的发展方向。

五、用户选择建议与使用注意事项

1. 如何确认所用制冷剂？

• 查看设备铭牌标识（通常标注Refrigerant:R134a等）；

• 咨询厂家技术支持，获取设备技术参数表；

• 打开压缩机室，标签或管道标记可见制冷剂型号。

2. 储存与维护注意事项

• 易燃制冷剂设备周围严禁明火、静电；

• 更换或补充制冷剂须由具备“制冷操作资格证”的技术人员执行；

• 定期检查管路是否泄漏，使用卤素检漏仪检测。

3. 采购与更新建议

• 对环保要求严格的实验室建议选购R600a、R290机型；

• 对制冷性能要求极高的超低温设备建议选用R404a或复叠系统；

• 若所在地区对制冷剂使用有明确限制，必须提前确认合规性。

结语

低温培养箱作为实验室不可或缺的重要设备，其核心制冷系统对制冷剂的选择十分关键。当前市场上主要使用R134a、R404a、R600a和R290等制冷剂，后两者因其环保和节能优势正在逐步取代前者。随着全球环保法规趋严及低碳科技发展，未来低温培养箱将更多采用绿色、天然、低GWP的新型制冷剂。用户在选购、使用或维护低温培养箱时，应全面了解设备所用制冷剂的类型、性能、法规适配性与安全要求，做到科学管理与环保并重。